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JPH11216862A - Thermal ink-jet print head - Google Patents

Thermal ink-jet print head

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Publication number
JPH11216862A
JPH11216862A JP10332785A JP33278598A JPH11216862A JP H11216862 A JPH11216862 A JP H11216862A JP 10332785 A JP10332785 A JP 10332785A JP 33278598 A JP33278598 A JP 33278598A JP H11216862 A JPH11216862 A JP H11216862A
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JP
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layer
heater
heating resistor
ink
oxide
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JP10332785A
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Japanese (ja)
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Alan D Raisanen
ディー.レイザネン アラン
Cathie J Burke
ジェイ.バーク キャシー
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Xerox Corp
Original Assignee
Xerox Corp
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Publication date
Application filed by Xerox Corp filed Critical Xerox Corp
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance a nucleus formation effect of a heating resistor by providing a base body having an array of the heating resistor on a surface and an address electrode formed on the array and including in the heating resistor a specific first layer and a specific second oxide layer on the first layer. SOLUTION: A heating resistor 20 is formed on a layer 19 and comprises two layers 20A, 20B. The layer 20A is formed of, e.g. zirconium diboride and sputtered to a depth of approximately 0.5 mm in the layer 19. The zirconium diboride forming the layer 20A is electrically conductive having a sheet resistance of 5-1,000 ohms/square and a surface roughness smaller than 0.5 nmRSM. The layer 20B is a thin film of, e.g. zirconium diboride oxide of a thickness 200 Å-1 μm. After the formation of the layer 20A, a small quantity of an oxygen flow is introduced into a pile of ZrB2 in a sputtering chamber, thereby forming the layer 20B.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は一般に、サーマルイ
ンクジェットプリントに関し、特に、改良された液滴吐
出効果を持つ抵抗加熱器を有するプリントヘッドに関す
る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to thermal ink jet printing, and more particularly to a printhead having a resistive heater with improved droplet ejection effects.

【0002】[0002]

【従来の技術】サーマルインクジェットプリントは一般
的に、熱エネルギーを利用してインクで満たされたチャ
ネルに蒸気の泡を発生させて液滴を吐出させるドロップ
オンディマンド(drop-on-demand)タイプのインクジ
ェットプリントである。熱エネルギー発生器、すなわち
加熱素子は通常抵抗器であり、チャネルの中のノズルの
近傍にノズルから所定の距離を置いて配置される。イン
ク核生成方法は、まず、個々の抵抗器を短い(2〜6μ
秒)電気パルスでアドレス(指定)し、瞬間的にインク
を気化させてインクの液滴を吐出する泡を形成する。泡
が成長するに従い、インクはノズルからふくらみ、メニ
スカスとしてインクの表面張力によって保たれる。泡が
崩壊し始めると、まだチャネルのノズルと泡の間にある
インクは、崩壊する泡に向かって移動し、ノズルにおい
てインクの体積の収縮を生じ、その結果、ふくらんだイ
ンクを液滴として分離する。泡が成長している間にイン
クをノズルから外へと加速することで、紙のような記録
媒体へ向かう略直線方向に、液滴に運動量と速度を与え
ることができる。
2. Description of the Related Art In general, thermal ink-jet printing is a drop-on-demand type ink jet that uses heat energy to generate vapor bubbles in a channel filled with ink to discharge droplets. It is a print. The thermal energy generator, or heating element, is typically a resistor and is located in the channel near the nozzle and at a predetermined distance from the nozzle. The ink nucleation method first involves shorting individual resistors (2-6 μm).
Seconds) Addressing (designating) with an electric pulse and instantaneously vaporizing the ink to form a bubble that ejects ink droplets. As the bubbles grow, the ink bulges from the nozzles and is held as a meniscus by the surface tension of the ink. As the bubble begins to collapse, the ink still between the nozzles of the channel and the bubble moves toward the collapsing bubble, causing the volume of the ink to shrink at the nozzle, thereby separating the puffy ink as droplets I do. By accelerating the ink out of the nozzles while the bubbles are growing, the droplets can be given momentum and velocity in a substantially linear direction toward a recording medium such as paper.

【0003】液滴吐出動作中の加熱素子は、高温、熱応
力、大きな電界と著しいキャビテーション応力という環
境にある。従って、加熱素子の上にキャビテーション応
力保護層が必要であることは早期に認識された。この目
的のために非常に良い材料の1つは、業界でよく知られ
ているように、タンタル(Ta)である。
A heating element during a droplet discharging operation is in an environment of high temperature, thermal stress, large electric field and remarkable cavitation stress. Therefore, it was early recognized that a cavitation stress protection layer was needed over the heating element. One very good material for this purpose is tantalum (Ta), as is well known in the art.

【0004】核生成効率は加熱器表面の特性に依存する
ことが実証された(Michael O'Horo等による論文、『蒸
気泡核生成におけるTIJ加熱器表面トポロジーの効
果』、SPIEジャーナル、第2658巻、第58〜6
4頁、1996年1月29日参照)。この論文におい
て、実験観察によって、蒸気泡核生成には二つのタイ
プ、すなわち、均一核生成と不均一核生成があることが
わかった。均一核生成は、核生成温度に達した時に、自
然にインク中に生じる。不均一核生成は通常、抵抗加熱
器の表面部分(亀裂およびクレバス)に生じる。表面部
分には、閉じこめられた気体や蒸気が含まれ、それが不
均一核生成の開始温度を均一核生成の開始温度よりもか
なり低くする。インクに蓄積されたエネルギーとその結
果得られる蒸気泡の膨張の効率は甚だしく減少する。
It has been demonstrated that the nucleation efficiency depends on the properties of the heater surface (Paper by Michael O'Horo et al., "Effect of TIJ heater surface topology on steam bubble nucleation", SPIE Journal, Vol. 2658. 58th-6th
4, p. 29 Jan. 1996). In this paper, experimental observations have shown that there are two types of vapor bubble nucleation, homogeneous nucleation and heterogeneous nucleation. Uniform nucleation occurs spontaneously in the ink when the nucleation temperature is reached. Heterogeneous nucleation usually occurs at the surface portion of the resistance heater (cracks and crevasse). The surface portion contains trapped gases and vapors, which make the onset temperature for heterogeneous nucleation much lower than that for homogeneous nucleation. The efficiency of the energy stored in the ink and the resulting expansion of the vapor bubbles is greatly reduced.

【0005】蒸気泡核生成を制御するためのインクジェ
ット加熱素子の表面粗さの制御に関する先行技術には、
米国特許第4336548号があり、この特許には、表
面粗さを増加したサーマルインクジェットプリントヘッ
ドを製造するのに使用される技術と材料が記載されてい
る。この特許による表面粗さは、本明細書に記載される
粗さよりもずっと大きく、蒸気泡の形成中に不均一核生
成の度合いを高めるために利用される。この技術は、加
熱抵抗器材料と、パシベーションスタックの付着の前
に、基体層の表面をサンドブラスト、エッチング、又は
その他の技術によって粗くすることによってなされる。
これらの技術の結果、実際に、低いエネルギー入力で蒸
気泡核生成が生じるのだが、インクの過熱の程度が低い
ため、吐出される液滴の持つエネルギーは、均一蒸気泡
核生成によって発生した液滴と比べてずっと小さく、従
って効果も小さい。米国特許第4336548号は、本
発明と同様に、加熱器パシベーション材料としての酸化
ジルコニウムの使用とともに、加熱素子として他の材料
の中から、ハフニウムと二ホウ化ジルコニウムの使用を
主張している。一方、米国特許第5287622号は、
加熱抵抗器とパシベーションスタックの付着の前に、
(他の技術の中から)レーザまたは電子ビームを使用し
て基体表面を溶かし、比較的滑らかな表面を作ることを
記述しているが、この特許には、加熱器材料としての二
ホウ化金属、パシベーション誘電体としての酸化物およ
び保護層としてのタンタルも含まれる。しかし、これら
の先行技術の双方において、二ホウ化物は熱エネルギー
発生層(加熱抵抗器)としてのみ使用されており、加熱
器の表面仕上げの変形例としては、基体を滑らかにする
度合いを変えることしか提案されていない。最終的な加
熱器表面の滑らかさを高めるために加熱器材料またはパ
シベーション材料の付着を変える努力はなされていな
い。さらに、加熱素子材料とパシベーティング酸化物が
ある場合、それらはこれらの特許の双方において、2つ
の異なるスパッタリングターゲットまたは他の堆積ソー
スを使用して連続して付着される。これに対し、本発明
では、加熱器材料層と酸化物層は、単に付着シーケンス
の最後に付着条件を変えるだけでその場(in-situ )付
着され、製造性と加熱器/パシベーションの境界面の完
全性を著しく改善することができる。本発明に記載され
た構成は、基体(熱成長酸化物を有する、磨かれたマイ
クロエレクトロニクスタイプの単結晶シリコンウェー
ハ)が既に非常に滑らかであり、それ以上の処理を必要
としないため、先行技術と比べてさらに利点を有してい
る。本発明に記載される技術によれば、滑らかな単結晶
シリコン基体の上に組み立てて作成された既に比較的滑
らかな加熱器が、微粒子の二ホウ化金属加熱素子を堆積
し、その表面層を加熱器材料の堆積中にその場酸化する
ことによって、さらに滑らかにされ、その結果、ナノメ
ータ規模以下の粗さ(米国特許第5287622号に記
載された加熱器よりも大きさの等級最大2つ分良い)の
一体化加熱器/パシベーションスタックが得られる。
The prior art relating to controlling the surface roughness of ink jet heating elements to control vapor bubble nucleation includes:
There is U.S. Pat. No. 4,336,548, which describes techniques and materials used to manufacture thermal inkjet printheads with increased surface roughness. The surface roughness according to this patent is much greater than the roughness described herein and is utilized to enhance the degree of heterogeneous nucleation during the formation of a vapor bubble. This technique is accomplished by roughening the surface of the substrate layer by sandblasting, etching, or other techniques prior to deposition of the heating resistor material and passivation stack.
As a result of these techniques, vapor bubble nucleation actually occurs with low energy input, but due to the low degree of overheating of the ink, the energy of the ejected droplets is limited to the liquid generated by uniform vapor bubble nucleation. It is much smaller than a drop and therefore less effective. U.S. Pat. No. 4,336,548 claims the use of zirconium oxide as a heater passivation material, as well as hafnium and zirconium diboride, among other materials, as heating elements, similar to the present invention. On the other hand, US Pat.
Before the attachment of the heating resistor and the passivation stack,
Although patents describe the use of lasers or electron beams (among other techniques) to melt the substrate surface to create a relatively smooth surface, this patent includes metal diboride as a heater material. , Oxide as a passivation dielectric and tantalum as a protective layer. However, in both of these prior arts, diboride is used only as a heat energy generating layer (heating resistor), and variations of the heater surface finish include varying degrees of smoothing of the substrate. Only proposed. No effort has been made to alter the deposition of heater or passivation material to increase the smoothness of the final heater surface. Further, if there are heating element materials and passivating oxides, they are sequentially deposited in both of these patents using two different sputtering targets or other deposition sources. In contrast, in the present invention, the heater material layer and the oxide layer are deposited in-situ simply by changing the deposition conditions at the end of the deposition sequence, and the interface between manufacturability and heater / passivation. Can be significantly improved. The configuration described in the present invention is advantageous because the substrate (polished microelectronics type single crystal silicon wafer with thermally grown oxide) is already very smooth and requires no further processing. It has further advantages compared to. According to the technique described in the present invention, an already relatively smooth heater, fabricated on a smooth single crystal silicon substrate, deposits a particulate metal diboride heating element and cleans its surface layer. In-situ oxidation during the deposition of the heater material further smoothes it so that the roughness is below the nanometer scale (up to two grades larger than the heater described in US Pat. No. 5,287,622). Good) integrated heater / passivation stack.

【0006】抵抗加熱器に好適な材料はポリシリコンま
たは二ホウ化ジルコニウム(ZrB2)のようなスパッ
タリングされた薄膜抵抗器材料である。ポリシリコン
は、堆積条件、その後の高温サイクル、およびドーピン
グレベルによって寸法と粗さが変わる多数のグレインか
ら成る。高ドーズ注入加熱器(O‘Horoの論文に記
載の加熱器2)のポリシリコンの表面粗さは27.2n
mである。本発明で得ることのできる堆積直後のZrB
2の表面粗さは0.5nmである。抵抗加熱器はその
後、熱成長させた酸化物層か熱分解CVD堆積窒化ケイ
素を用いてパシベートされるが、これらは両方とも、例
えばポリシリコンの表面粗さをパシベーション層の表面
にきっちりと複製することによって、かなり粗さが一致
する。タンタル層がパシベーション層の上に必要により
スパッタリングされるが、このタンタル層は、Taのグ
レイン構造によっておよそ15nmRMS以上になるよ
うに、付加的な形状を加えるとともに下層の形状を実質
的に写し出す。従って、タンタル層の表面は表面側を複
製しており、それゆえ、このタイプ(従来の誘電体パシ
ベーション層とタンタルを有するポリシリコンまたはZ
rB2)の加熱器構造の下層のポリシリコンの粗さと核
生成効果は最適ではない。
[0006] The preferred material for the resistance heater is a sputtered thin film resistor material such as polysilicon or zirconium diboride (ZrB2). Polysilicon consists of a number of grains whose dimensions and roughness vary with deposition conditions, subsequent high temperature cycling, and doping levels. The surface roughness of the polysilicon of the high-dose injection heater (heater 2 described in O'Horo's article) is 27.2 n.
m. ZrB immediately after deposition obtainable by the present invention
The surface roughness of No. 2 is 0.5 nm. The resistive heater is then passivated using a thermally grown oxide layer or pyrolytic CVD deposited silicon nitride, both of which closely replicate the surface roughness of, for example, polysilicon to the surface of the passivation layer. Thus, the roughness is quite consistent. A tantalum layer is optionally sputtered over the passivation layer, which adds additional features and substantially mirrors the shape of the underlying layer so that the Ta grain structure is approximately 15 nm RMS or greater. Therefore, the surface of the tantalum layer replicates the surface side and is therefore of this type (conventional dielectric passivation layer and polysilicon or tantalum with tantalum).
The roughness and nucleation effects of the polysilicon below the heater structure of rB2) are not optimal.

【0007】上記から、蒸気を閉じこめる亀裂またはク
レバスの数を減少することによって、抵抗加熱器面のよ
り滑らかな表面が核生成効果を高めることは明らかであ
る。米国特許第5,469,200号は、加熱抵抗器の
基体を磨いて平坦性を高め、また、別の例では、熱によ
る軟化工程と同時に基体表面を酸化することによって熱
酸化物を形成して、その結果、酸化物パシベーション層
上により滑らかな表面を得る技術を開示している。これ
らの技術は、過度な高温および/または長い加熱サイク
ルのために、一体化マイクロエレクトロニクス回路と適
合しないので、完全に満足のいくものではない。さら
に、これらの技術は、最終的な加熱器表面の表面形状
を、単に最初の基体表面の形状を変えるだけで減少さ
せ、抵抗加熱素子とそのパシベーションスタックによっ
てもたらされる形状を減少させようとはせず、従って、
得ることのできる滑らかさの程度が限られてしまう。
From the above, it is clear that the smoother surface of the resistive heater surface enhances the nucleation effect by reducing the number of cracks or crevasses that trap the vapor. U.S. Pat. No. 5,469,200 discloses a method of polishing a substrate of a heating resistor to improve its flatness, and in another example, forming a thermal oxide by oxidizing the substrate surface simultaneously with a thermal softening step. As a result, a technique for obtaining a smoother surface on the oxide passivation layer is disclosed. These techniques are not entirely satisfactory because they are not compatible with integrated microelectronic circuits due to excessively high temperatures and / or long heating cycles. In addition, these techniques attempt to reduce the surface shape of the final heater surface by simply changing the shape of the initial substrate surface, reducing the shape provided by the resistive heating element and its passivation stack. And therefore,
The degree of smoothness that can be obtained is limited.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、滑
らかな表面を有する抵抗加熱器を提供することによっ
て、サーマルインクジェットプリントヘッドに使用され
る抵抗加熱器の核生成効果を高めることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a resistance heater having a smooth surface, thereby enhancing the nucleation effect of the resistance heater used in a thermal ink jet printhead. I do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、好適な実施例では、微粒子の薄膜抵抗材料である二
ホウ化ジルコニウムの非常に滑らかな表面を有する抵抗
加熱器を、スパッタリング工程によって形成する。スパ
ッタリング工程では、最初の電導性層の形成の終わりに
向けて、制御された割合で、酸素を導入することを含
む。酸素の導入によって、薄膜が下層の電導性層の上部
に形成される。この薄膜は著しく増加されたシート抵抗
を有しており、表面に非常に滑らかな(0.5nmRM
Sより小さい)形状を保持している。
SUMMARY OF THE INVENTION To this end, in a preferred embodiment, a resistive heater having a very smooth surface of zirconium diboride, a particulate thin film resistive material, is provided by a sputtering process. Form. The sputtering step involves introducing oxygen at a controlled rate towards the end of the formation of the first conductive layer. The introduction of oxygen forms a thin film on top of the underlying conductive layer. This film has a significantly increased sheet resistance and a very smooth surface (0.5 nm RM
(Smaller than S).

【0010】より詳細には、本発明は、一方の表面上に
加熱抵抗器のアレイとその上に形成されたアドレス電極
を有する基体を有し、加熱抵抗器は、一般式(A)B2
のスパッタリングされた薄膜抵抗化合物の第1の層と、
第1の層の上に、一般式(A)B2Oxを有する第2の
酸化物層を含むことを特徴とし、ここでBはホウ素であ
り、Aは、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(M
o)、ハフニウム(Hf)、ニオビウム(Nb)、タン
タル(Ta)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、お
よびタングステン(W)から成るグループから選ばれた
一つの金属であることを特徴とする、サーマルインクジ
ェットプリントヘッドに関する。
More particularly, the present invention comprises a substrate having on one surface an array of heating resistors and address electrodes formed thereon, wherein the heating resistors are of the general formula (A) B2
A first layer of a sputtered thin film resistor compound of
On the first layer is characterized by including a second oxide layer having the general formula (A) B2Ox, wherein B is boron, A is zirconium (Zr), molybdenum (M
o), one metal selected from the group consisting of hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti), vanadium (V), and tungsten (W). And a thermal inkjet printhead.

【0011】本発明はまた、熱抵抗器の少なくとも1つ
の部分と熱的に連通し、インクを満たした複数のチャネ
ルを有し、インクジェットプリンタに使用される改良プ
リントヘッドを作成する以下の各工程からなる方法に関
する: (a)基体の表面上に一般式(A)B2の抵抗材料の層
をスパッタリングし、(b)スパッタリング工程の終わ
りに酸素を導入して、抵抗材料の層の上に、比較的高い
シート抵抗と、0.5nmRMSより小さい表面粗さを
有する酸化物層を形成し、(c)熱抵抗器と熱的に連通
する、インクを満たした複数のインクチャネルを形成す
る。
The present invention also provides an improved printhead for use in an ink jet printer having a plurality of ink-filled channels in thermal communication with at least one portion of a thermal resistor. Comprising: (a) sputtering a layer of a resistive material of general formula (A) B2 onto the surface of a substrate, and (b) introducing oxygen at the end of the sputtering step to form Forming an oxide layer having a relatively high sheet resistance and a surface roughness of less than 0.5 nm RMS, and (c) forming a plurality of ink filled ink channels in thermal communication with the thermal resistor.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は改良抵抗加熱器構造の第1
実施例を示す断面図である。この抵抗加熱器構造は、例
えば、米国再発行特許第32,572号、米国特許第
4,774,530号および第4,951,063号に
開示されるタイプのプリントヘッドに使用できる。これ
らの特許の内容には本明細書で援用される。抵抗素子を
加熱して隣接層にインクの核を生成する他のタイプのサ
ーマルインクジェットプリントヘッドにも本発明の改良
加熱器構造を使用できることは明らかである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a first embodiment of the improved resistance heater structure.
It is sectional drawing which shows an Example. This resistance heater structure can be used, for example, in printheads of the type disclosed in U.S. Pat. Nos. Re. 32,572; 4,774,530 and 4,951,063. The contents of these patents are incorporated herein by reference. Obviously, other types of thermal inkjet printheads that heat the resistive element to nucleate the ink in adjacent layers can also use the improved heater structure of the present invention.

【0013】図1には、インクジェットプリントヘッド
8の加熱器基体部が、前面に形成されたノズル12から
吐出される、チャネル10中のインクとともに示され
る。プリントヘッド8は、上述の米国再発行特許第3
2,572号および米国特許第4,951,063号に
開示されるようにチャネルと加熱プレートを接合する従
来の方法(加熱抵抗器の形成は除く)によって、作成さ
れる。シリコン基体16は表面上に下地層18を形成さ
れる。一つの実施例では、それは熱形成されたフィール
ド酸化物である。チップが能動回路をも有する場合に
は、ゲート酸化膜層19が層18の表面上に形成され
る。ゲート酸化物は、チップ上の別の場所の能動MOS
トランジスター装置の構成要素として形成され、加熱器
構造中で単に、抵抗加熱素子の下の酸化物の量をわずか
に増加するように働くだけである。加熱抵抗器20は層
19上に形成される。本発明によれば、そして、好適な
実施例においては、抵抗器20は図2に細部を拡大して
示した2つの層20A、20Bから成る。層20Aは、
好適な実施例において、二ホウ化ジルコニウムであり、
層19に約0.5m mの深さまでスパッタリングされ
る。層20Aを形成する二ホウ化ジルコニウムは、電気
的に導電性であり、そのシート抵抗は、5〜1000o
hms/squareで、表面粗さは0.5nmRMS
未満である。層20Bは二ホウ化ジルコニウム酸化物の
200オングストロームから1ミクロンの薄膜であり、
層20Aの形成に続いて、ZrB2の堆積中に、少量の
酸素流をスパッタリングチャンバに導入することによっ
て形成される。膜の成長中に酸素を組込むことによっ
て、二ホウ化ジルコニウムのシート抵抗はいちじるしく
増加し、その結果、7000ohms/squareを
越すシート抵抗を有する層20Bが得られる。さらに重
要なことには、膜20Bは、その下層の形状を滑らかに
保ち、従来技術のポリシリコン抵抗器よりも著しく滑ら
かである。窒化ケイ素または酸化物層が層20Bを形成
するのに用いられてもよいが、そのような、別に堆積さ
れた膜は、非常に粗い表面仕上げになるとともに、層2
0Aの超平滑加熱抵抗器材料によって得られる利点を減
少させることになる。層20Bは層20Aとともにマス
キングとエッチングを施され、適切な寸法の加熱抵抗器
素子が形成される。タンタル層30(図2)が必要によ
り、層20B上に形成されてもよい。しかし、このタン
タル層もまた、最終的な加熱器表面の粗さを甚だしく増
し、堆積条件に応じて、最終的に得られる粗さを、タン
タル膜の粗さである約12〜15nmRMSに限定して
しまう。電極パシベーションのために、ガラスフィルム
34が堆積され、次にガラスフィルム34と酸化された
二ホウ化ジルコニウム層20Bを介してマスキングとエ
ッチングを施され、抵抗器の縁にバイアス23、24を
形成する。バイアス23、24は、次に続く、アルミニ
ウムアドレス電極25とアルミニウムカウンターリター
ン電極(counter return electrode)26のそれぞれと
の相互接続のために使用される。
FIG. 1 shows a heater base portion of the ink jet print head 8 together with ink in a channel 10 discharged from a nozzle 12 formed on the front surface. The print head 8 is similar to the above-mentioned U.S. Pat.
No. 2,572 and U.S. Pat. No. 4,951,063 by a conventional method of joining the channel and the heating plate (except for the formation of a heating resistor). The silicon substrate 16 has an underlayer 18 formed on the surface. In one embodiment, it is a thermoformed field oxide. If the chip also has active circuitry, a gate oxide layer 19 is formed on the surface of layer 18. The gate oxide is an active MOS transistor elsewhere on the chip
Formed as a component of a transistor device, it merely serves in the heater structure to slightly increase the amount of oxide under the resistive heating element. Heating resistor 20 is formed on layer 19. In accordance with the present invention, and in the preferred embodiment, resistor 20 comprises two layers 20A, 20B, shown in greater detail in FIG. Layer 20A is
In a preferred embodiment, zirconium diboride,
Layer 19 is sputtered to a depth of about 0.5 mm. The zirconium diboride forming layer 20A is electrically conductive and has a sheet resistance of 5 to 1000o.
hms / square, surface roughness is 0.5nm RMS
Is less than. Layer 20B is a thin film of zirconium diboride from 200 Å to 1 micron,
Following formation of layer 20A, it is formed during the deposition of ZrB2 by introducing a small flow of oxygen into the sputtering chamber. By incorporating oxygen during film growth, the sheet resistance of zirconium diboride is significantly increased, resulting in a layer 20B having a sheet resistance in excess of 7000 ohms / square. More importantly, the membrane 20B keeps its underlying shape smooth and is significantly smoother than prior art polysilicon resistors. Although a silicon nitride or oxide layer may be used to form layer 20B, such a separately deposited film will have a very rough surface finish and a layer 2B.
It will reduce the benefits provided by the 0A ultra-smooth heating resistor material. Layer 20B is masked and etched with layer 20A to form a suitably sized heating resistor element. If desired, a tantalum layer 30 (FIG. 2) may be formed on layer 20B. However, this tantalum layer also significantly increases the final heater surface roughness, and depending on the deposition conditions, limits the final roughness obtained to the tantalum film roughness of about 12-15 nm RMS. Would. For electrode passivation, a glass film 34 is deposited and then masked and etched through the glass film 34 and the oxidized zirconium diboride layer 20B to form vias 23, 24 at the resistor edges. . Biases 23, 24 are used for subsequent interconnections of aluminum address electrode 25 and aluminum counter return electrode 26, respectively.

【0014】チップの別の場所に2つ以上の金属製の相
互接続層を必要とする装置の場合は、1つまたはそれ以
上の付加的なパシベーションガラス層34を加熱器相互
接続電極の上に堆積し、典型的にはプラズマ強化窒化ケ
イ素材料である最終的なイオン拡散耐性パシベーション
層35を堆積してもいい。厚膜絶縁層36が堆積および
パターン成形され、インク分配チャネルとノズル構造1
0を形成する。層36は好適な実施例ではポリイミドで
ある。
For devices requiring more than one metal interconnect layer elsewhere on the chip, one or more additional passivation glass layers 34 may be placed over the heater interconnect electrodes. A final ion diffusion resistant passivation layer 35 may be deposited and typically a plasma enhanced silicon nitride material. A thick film insulating layer 36 is deposited and patterned, and the ink distribution channel and nozzle structure 1
0 is formed. Layer 36 is a polyimide in the preferred embodiment.

【0015】図2には、スパッタリングされたZrB2
の表面を覆って超平滑表面20を形成するZrB2Ox
層20Bが示される。層20Aに適した他の材料は、元
素周期表の4A、5B、および6B族から選ばれた二ホ
ウ化金属であり、理想的には、ジルコニウム、ニオビウ
ム、タンタル、チタン、バナジウム、タングステン、モ
リブデンおよびハフニウムから成るグループから選ばれ
た二ホウ化金属である。ここで開示した実施例は好適な
ものであるが、この教示するところに基づき、当業者に
よって、種々の代案、変更、変形、または改良をなすこ
とが可能である。そのような変形例の全ては特許請求の
範囲に含まれるものである。
FIG. 2 shows that the sputtered ZrB2
ZrB2Ox that forms an ultra-smooth surface 20 over the surface of
Layer 20B is shown. Other suitable materials for layer 20A are metal diborides selected from Groups 4A, 5B and 6B of the Periodic Table of Elements, ideally zirconium, niobium, tantalum, titanium, vanadium, tungsten, molybdenum. And hafnium. While the embodiments disclosed herein are preferred, various alternatives, modifications, variations, or improvements can be made by those skilled in the art based on the teachings. All such variations are within the scope of the following claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による改良加熱抵抗器の第1実施例を示
す断面図
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of an improved heating resistor according to the present invention.

【図2】図1の抵抗器を示す、さらに拡大した断面図FIG. 2 is a further enlarged sectional view showing the resistor of FIG. 1;

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キャシー ジェイ.バーク アメリカ合衆国 14625 ニューヨーク州 ロチェスター スピリアー ロード 135 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kathy Jay. Burke United States 14625 New York Rochester Spire Road 135

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サーマルインクジェットプリントヘッド
であって、基体の一方の表面上に加熱抵抗器のアレイを
形成した基体を有し、前記加熱抵抗器は、一般式(A)
B2の導電性二ホウ化物の第1の層と、前記第1の層の
上に、一般式(A)B2Oxの第2の酸化物層を含むこ
とを特徴とし、ここでBはホウ素であり、Aは、ジルコ
ニウム、モリブデン、ハフニウム、ニオビウム、タンタ
ル、チタン、バナジウム、およびタングステンから成る
グループから選ばれた一つの金属であるサーマルインク
ジェットプリントヘッド。
1. A thermal inkjet printhead comprising a substrate having an array of heating resistors formed on one surface of the substrate, wherein the heating resistors have a general formula (A)
A first layer of a conductive diboride of B2 and a second oxide layer of the general formula (A) B2Ox on the first layer, wherein B is boron. And A is a metal selected from the group consisting of zirconium, molybdenum, hafnium, niobium, tantalum, titanium, vanadium, and tungsten.
【請求項2】 Aがジルコニウムである、請求項1に記
載のサーマルインクジェットプリントヘッド。
2. The thermal ink jet printhead according to claim 1, wherein A is zirconium.
【請求項3】 前記第2の層が5nmRMSより小さい
表面粗さを有する請求項1に記載のサーマルインクジェ
ットプリントヘッド。
3. The thermal ink jet printhead of claim 1, wherein said second layer has a surface roughness of less than 5 nm RMS.
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